1930년대 CFC 계열 및 HCFC 계열의 냉매가 개발되면서 냉동공조분야의 발전 속도가 가속화 되었다. 하지만 이러한 탄화수소계열의 냉매는 대기 중에 누출될 경우 오존(O_(3))층을 파괴하고 지구온난화를 가속화 하는 등 환경적 문제를 발생시켰다. 이러한 환경적인 문제가 세계적 이슈로 대두되면서 국제 협약인 1987년 몬트리올 의정서 및 1997년 교토의정서가 체결되면서 탄화수소계의 생산 및 사용이 규제되기 시작하였다. 이로 인해 현재 선진국을 필두로 환경오염에 영향을 주지 않는 대체냉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이산화탄소(R-744, CO_(2))는 환경오염도의 척도가 되는 오존층파괴지수(...
1930년대 CFC 계열 및 HCFC 계열의 냉매가 개발되면서 냉동공조분야의 발전 속도가 가속화 되었다. 하지만 이러한 탄화수소계열의 냉매는 대기 중에 누출될 경우 오존(O_(3))층을 파괴하고 지구온난화를 가속화 하는 등 환경적 문제를 발생시켰다. 이러한 환경적인 문제가 세계적 이슈로 대두되면서 국제 협약인 1987년 몬트리올 의정서 및 1997년 교토의정서가 체결되면서 탄화수소계의 생산 및 사용이 규제되기 시작하였다. 이로 인해 현재 선진국을 필두로 환경오염에 영향을 주지 않는 대체냉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이산화탄소(R-744, CO_(2))는 환경오염도의 척도가 되는 오존층파괴지수(ODP : Ozone Depletion Potential)가 0이고 지구온난화지수(GWP : Global Warming Potential)가 1의 매우 낮은 환경오염도를 가지고 있을 뿐만 아니라 냉매로서의 조건 또한 우수하다. 이러한 냉매적 특성과 친환경적인 요인 그리고 자연에서 쉽게 구할 수 있는 자연냉매라는 특성으로 인하여 대체냉매로서 그 관심이 높아지고 있다. 본 실험에서는 이러한 이산화탄소를 냉매로 사용한 열펌프 시스템의 다양한 운전변수에 대한 성능실험을 실시하기 위하여 압축기, 가스쿨러, 팽창장치, 증발기의 기본적인 사이클 구성요소와 오일분리기, 액분리기의 부속기기 그리고 성능향상을 위해 내부열교환기를 설치하여 열펌프 시스템을 제작하였다. 시스템에 사용된 열교환기는 2차 유체인 물과 열교환하는 방식이며 대향류로 설계되었다. 실험은 내부열교환기를 사용하지 않은 기본 이산화탄소 열펌프 시스템의 운전변수(냉매충전량, 팽창장치 개도, 압축기 주파수)에 대한 실험을 선행 하였고, 내부열교환기를 적용한 열펌프 시스템 실험을 수행하여 성능향상 여부를 기본 열펌프 시스템과 비교하여 알아보았다. 내부열교환기를 사용하지 않은 이산화탄소 열펌프 시스템의 운전변수 실험에서는 최적의 운전 성능을 나타내는 냉매충전량과 팽창장치가 존재함을 확인하였고 압축기 주파수의 증가에 대하여는 COP가 감소하는 결과를 보였다. 내부열교환기를 적용한 시스템 실험에서는 내부열교환기를 적용한 경우가 적용하지 않은 경우에 비하여 냉방운전에서는 4%의 COP상승을 보였지만 난방운전 시에는 오히려 COP가 0.89% 감소하였다.
1930년대 CFC 계열 및 HCFC 계열의 냉매가 개발되면서 냉동공조분야의 발전 속도가 가속화 되었다. 하지만 이러한 탄화수소계열의 냉매는 대기 중에 누출될 경우 오존(O_(3))층을 파괴하고 지구온난화를 가속화 하는 등 환경적 문제를 발생시켰다. 이러한 환경적인 문제가 세계적 이슈로 대두되면서 국제 협약인 1987년 몬트리올 의정서 및 1997년 교토의정서가 체결되면서 탄화수소계의 생산 및 사용이 규제되기 시작하였다. 이로 인해 현재 선진국을 필두로 환경오염에 영향을 주지 않는 대체냉매에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이산화탄소(R-744, CO_(2))는 환경오염도의 척도가 되는 오존층파괴지수(ODP : Ozone Depletion Potential)가 0이고 지구온난화지수(GWP : Global Warming Potential)가 1의 매우 낮은 환경오염도를 가지고 있을 뿐만 아니라 냉매로서의 조건 또한 우수하다. 이러한 냉매적 특성과 친환경적인 요인 그리고 자연에서 쉽게 구할 수 있는 자연냉매라는 특성으로 인하여 대체냉매로서 그 관심이 높아지고 있다. 본 실험에서는 이러한 이산화탄소를 냉매로 사용한 열펌프 시스템의 다양한 운전변수에 대한 성능실험을 실시하기 위하여 압축기, 가스쿨러, 팽창장치, 증발기의 기본적인 사이클 구성요소와 오일분리기, 액분리기의 부속기기 그리고 성능향상을 위해 내부열교환기를 설치하여 열펌프 시스템을 제작하였다. 시스템에 사용된 열교환기는 2차 유체인 물과 열교환하는 방식이며 대향류로 설계되었다. 실험은 내부열교환기를 사용하지 않은 기본 이산화탄소 열펌프 시스템의 운전변수(냉매충전량, 팽창장치 개도, 압축기 주파수)에 대한 실험을 선행 하였고, 내부열교환기를 적용한 열펌프 시스템 실험을 수행하여 성능향상 여부를 기본 열펌프 시스템과 비교하여 알아보았다. 내부열교환기를 사용하지 않은 이산화탄소 열펌프 시스템의 운전변수 실험에서는 최적의 운전 성능을 나타내는 냉매충전량과 팽창장치가 존재함을 확인하였고 압축기 주파수의 증가에 대하여는 COP가 감소하는 결과를 보였다. 내부열교환기를 적용한 시스템 실험에서는 내부열교환기를 적용한 경우가 적용하지 않은 경우에 비하여 냉방운전에서는 4%의 COP상승을 보였지만 난방운전 시에는 오히려 COP가 0.89% 감소하였다.
A series of CFC and HCFC refrigerants were developed in 1930s. The applications of these refrigerants have accelerated development and progress of refrigeration and air conditioning industries. However, these refrigerants cause environmental problems such global warming and ozone depletion. While at...
A series of CFC and HCFC refrigerants were developed in 1930s. The applications of these refrigerants have accelerated development and progress of refrigeration and air conditioning industries. However, these refrigerants cause environmental problems such global warming and ozone depletion. While at Montreal Protocol and the Kyoto Protocol production and application of refrigerants with hydrocarbon are agreed to be regulated and restricted at a certain time schedule. their usage is still tremendous. Carbon dioxide is a nature refrigerant in which Ozone Depletion Potential is 0 and Global Warming Potential is 1. With this reason, Carbon dioxide has been attracted in many studies as a substitute refrigerant of CFC and HCFC refrigerants. In this study, a heat pump system using CO2 as refrigerant and geothermal heat as heat source or heat sink is constructed, which consists of a compressor, a evaporator, a gas cooler and an electronic expansion valve. Experimental study executed on the heat transfer capacity and system efficiency for various system performance variables such as refrigerant charge, expansion valve opening, compressor frequency and existence of internal heat exchanger. Results showed that there exists an optimum refrigerant charging rate and the expansion valve opening position which appears at the maximum point of COP curve. Cooling and heating capacity either increase or decrease with the compressor frequency dependent of direction of compression ratio. In the case of a system with internal heat exchanger, cooling capacity was increased about 4.0% whereas heating capacity was decreased about 0.89% compared to the case of without internal heat exchanger.
A series of CFC and HCFC refrigerants were developed in 1930s. The applications of these refrigerants have accelerated development and progress of refrigeration and air conditioning industries. However, these refrigerants cause environmental problems such global warming and ozone depletion. While at Montreal Protocol and the Kyoto Protocol production and application of refrigerants with hydrocarbon are agreed to be regulated and restricted at a certain time schedule. their usage is still tremendous. Carbon dioxide is a nature refrigerant in which Ozone Depletion Potential is 0 and Global Warming Potential is 1. With this reason, Carbon dioxide has been attracted in many studies as a substitute refrigerant of CFC and HCFC refrigerants. In this study, a heat pump system using CO2 as refrigerant and geothermal heat as heat source or heat sink is constructed, which consists of a compressor, a evaporator, a gas cooler and an electronic expansion valve. Experimental study executed on the heat transfer capacity and system efficiency for various system performance variables such as refrigerant charge, expansion valve opening, compressor frequency and existence of internal heat exchanger. Results showed that there exists an optimum refrigerant charging rate and the expansion valve opening position which appears at the maximum point of COP curve. Cooling and heating capacity either increase or decrease with the compressor frequency dependent of direction of compression ratio. In the case of a system with internal heat exchanger, cooling capacity was increased about 4.0% whereas heating capacity was decreased about 0.89% compared to the case of without internal heat exchanger.
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